JPH06103703B2 - 半田付け方法 - Google Patents

半田付け方法

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JPH06103703B2 JP2263228A JP26322890A JPH06103703B2 JP H06103703 B2 JPH06103703 B2 JP H06103703B2 JP 2263228 A JP2263228 A JP 2263228A JP 26322890 A JP26322890 A JP 26322890A JP H06103703 B2 JPH06103703 B2 JP H06103703B2
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Description

【発明の詳細な説明】 A.産業上の利用分野 本発明は半田付け方法に関し、特に、回路チップを可撓
回路基板に直接取り付けるための方法に関する。
B.従来の技術と本発明が解決しようとする課題 潰れ（コラプス）調節式チップ接続部（Ｃ−４）半田付
け技術（潰れ調節式接合、CCB、又はフリップ・チップ
接合としても知られている）は、セラミック基板に回路
チップを直接取り付ける場合に長年にわたって問題なく
採用されてきている。この技術の一部として、チップは
チップの下側の湿潤性金属端子上の高精度の半田球で製
造される。このＣ−４チップの基板への取り付けは、半
田湿潤性端子のフットプリントを基板に合わせることに
より行う。チップの下側の半田球は、半田をリフローさ
せる程度に加熱した半田付け装置と端子（パッド）上に
置かれ、それにより、チップと基板とが取り付けられ
る。
この技術の主要な利点は、半田球が高精度の形状を有し
ているので、チップの基板に対する潰れを調節でき、パ
ッドで限定される基板上の正確な位置に対して半田のリ
フロー上でチップ自体が整合することである。Ｃ−４方
法は、接合費用が低く、かつ、その他の接合技術よりも
信頼性が高いので、特に広く採用されている。
特開昭53−36312号及び特開昭62−117346号、IBMテクニ
カル・ディスクロージャ・ブルテンVol.11,No.11,p1528
には改良型の装置が記載されており、それによると、チ
ップの基部の半田球は、半田球よりも溶融温度の低い半
田で被覆されている。装置は，被覆半田の融点よりも高
く、かつ、球半田の融点よりも低い温度まで加熱され、
それにより、チップとガラス、セラミック又は合成樹脂
の基板とが接触させられる。ボールの潰れは、チップの
基部上の半田球がそのまま残るように調節される。
セラミック基板に対するチップの取り付けに広く使用さ
れている技術ではあるが、Ｃ−４半田付けは、チップを
可撓基板又は積層回路板に取り付ける場合に使用すると
問題が生じる。そのような基板は接着剤で接触状態に保
持した複数の材料層で構成されている。Ｃ−４半田のリ
フローを生じさせるのに必要な温度は、接着剤が炭化し
て基板を実質的に破壊させることになる温度よりも高
い。Ｃ−４半田の組成を変更してリフロー温度を減少さ
せると、半田の表面張力特性が変化し、そのために、チ
ップ上に高精度の半田球を形成する製造方法を大幅に変
更することが必要となるので、そのような組成の変更を
簡単に行うことはできない。融点の低いＣ−４組成を採
用すると、チップＣ−４接続部を再溶融させることな
く、後の製造段階（例えば、ボードへのカードのパッケ
ージング・ステージ）において、融点のより低い半田を
使用することも不可能となる。
本発明の主要な課題は、Ｃ−４技術を可撓基板へのチッ
プの取り付けのために採用でき、しかも、チップや基板
の製造に使用する基本的な製造技術を変更する必要のな
い半田付け方法を工夫することにある。このことは、基
板上のパッドを共晶合金で浸漬半田めっきを施すか、又
は、被覆することにより実現できる。この合金は低温で
溶融し、その温度では、接着剤の劣化が生じることはな
く、又、Ｃ−４半田球に作用して可撓基板の接着剤が耐
えられる温度までリフロー温度を減少させる。
米国特許第4,033,503号には、溶融クォーツ・ミラーを
導電金属基板に取り付ける方法が記載されており、その
方法には、ミラーの片面に半田をめっきし、基板に共晶
合金をめっきする工程が含まれている。装置は、合金の
融点よりも高く、かつ、半田の融点よりも低い温度まで
加熱され、ミラーが位置決めされた後に、装置は冷却さ
れて接触が行われる。この従来技術は本発明と比べ、特
許の主要な目的が、熱膨張特性が非常に異なる２つの表
面を接合する場合の問題を解消することにあり、半田と
合金との間の相互作用は重要でないという点で異なって
いる。
本発明の要点は、半田と溶融合金との相互溶融度によ
り、取り付けを行える温度を低下させるということであ
る。すなわち、接合部の片側の組成が、材料が他方の側
からそれに溶け込む結果、変化する。
C.課題を解決するための手段 本発明は、半田と、その半田の融点よりも低い共晶合金
との相互作用により、取り付けを行うようにした半田付
け方法を提供するものである。共晶合金の融点よりも高
い温度まで加熱すると、半田と合金は混和状態となり、
その影響で、半田と共晶合金との界面で材料の組成が連
続的に変化し、そのために、溶融界面混合物の融点が上
昇する。加熱は、装置が維持される温度よりも混合物の
融点が高くなるまで行われ、その結果、混合物は凝固す
る。半田と合金との間の相互作用の程度は、それらの元
の組成と、装置が維持される全体温度とで決定される。
本発明の種々の特徴及び効果を、図示の実施例により更
に詳細に説明する。図面全体において、同一の要素には
同様の参照番号が付してある。
D.実施例 第１図〜第３図に示す本発明の特定の実施例では、Ｃ−
４チップ１を、好ましくはピララックス（Pyralux）
（E.l.dupont de Nemours ＆ Co.,Inc.の商標）材料で
ある可撓回路基板２に取り付けるようになっている。ピ
ララックスは可撓プリント回路板の製造に使用される典
型的な材料であり、厚さが典型的な例では約0.0508mmの
ポリイミドの基礎層３を、厚さが約0.0381mmの銅箔の層
４に接着剤の薄い層５（通常は0.0254mm）を介して接続
して構成されている。
この材料の製造方法には、銅箔層４を基礎層３に積層化
する工程が含まれており、上記銅箔層４は、所要回路用
の接続パターン６を最終的にエッチングするものであ
り、又は、上記積層化は、接着剤層５を使用して、接着
剤が硬化するまで加圧するとともに、約180℃の温度ま
で積層体を加熱する。接着剤層５は125℃付近で軟化
し、220℃以上の温度に晒されると分解し始める。
Ｃ−４半田球７（第２図及び第３図参照）は、典型的な
例では、錫３％・鉛97％〜錫10％・鉛90％の組成を有し
ており、リフロー温度は短時間にわたって最低でも320
℃にする必要があり、そのピークは、360℃である。無
論、このような温度は、積層体接着剤の劣化を引き起こ
す温度よりも遥かに高い。
この問題を解消するために、リフローの前に、ピララッ
クスに浸漬半田めっきを施し、具体的には、半田球７が
接触する範囲に、すなわち、チップ・フットプリント
（第1a図の８）に、錫63％・鉛37％の合金（第４図の共
晶組成Ｅ）で被覆を施す。次にチップ１を基板２に配置
し、半田球７を合金パッド９と並べる。
次に、サーモード（第３図の10）を使用して装置の温度
を合金の融点まで上昇させる。その温度は約183℃であ
り、最大の積層体接着剤が耐えることのできる最大温度
よりも低い。
第４図の状態図に示す如く、共晶合金の融点Ｅに近付く
と、パッド合金は溶融状態となり、その場合、球半田
は、その組成が領域Ａ内にあり、固体のままである。と
ころが、球半田は溶融合金に対して、両者の間には広範
囲の混和性が存在するので（第４図）容易に溶融する。
サーモードによりチップ温度が共晶融点よりも高く、か
つ、基板２の接着剤を劣化させる温度よりも低い温度ま
で上昇させられると、一部のチップ半田球材料が溶融合
金内に溶け、チップ半田とパッド上の材料との界面の溶
融混合物の組成に連続的な変化が生じる。
初期段階では共晶組成であるので、半田内の１つの金属
がその他のものに対して優先溶融性を有している結果、
パッド上の材料の融点が上昇し、従って、融点は時間と
ともに上昇する。パッド９上の溶融共晶合金は、半田球
から過度の鉛が溶融するためにペースト状になり、それ
に従って接合部が形成される。
サーモード10の重量がチップ１に均一な圧力を加え、基
板２上のパッド９にＣ−４球が密着状態で確実に接触す
る。溶融混合物の組成が共晶組成から外れると、チップ
・球・パッド装置の融点は、溶融混合物が凝固する温度
に到達し、接合が完了する。チップ上の各接合部にはこ
の処理が施され、元の球の潰れの程度とその融点は、チ
ップの上昇温度と、接合部を共に形成する合金及び半田
の両者における錫及び鉛の相対的な量とにより制限され
る。
上述の記載は、市販されている積層化材料にＣ−４チッ
プを取り付ける方法を説明したものである。この例は鉛
・錫（Pb−Sn）装置を使用する場合に注目したものであ
るが、無論、別の混和性半田・合金組成を使用した潰れ
調整接続部についても本発明の原理を採用することがで
きる。
E.発明の効果 以上に記載した方法の主要な効果として、標準的なＣ−
４技術を、チップや積層基板の製造方法を変更すること
なく、使用できるということがある。別の利点として、
積層体上でＣ−４球の潰れが自己規制されており、従っ
て、チップの表面が最終的に積層体に接触すること（望
ましくない状況）が防止され、しかも、全ての接合部が
チップの裏側へ圧力を及ぼすことにより確実に形成され
るようになっている。
【図面の簡単な説明】
第1a図は可撓回路基板の平面図、第1b図は可撓回路基板
の側面図、第２図はＣ−４チップを設けた可撓回路基板
の側面図、第３図はサーモードチップ上に着座させた第
２図と同様の図、第４図は鉛・錫（Pb−Sn）装置の状態
図である。 １…チップ、２…回路基板 ３…基礎層、４…銅箔層 ５…接着剤層、７…半田球 ９…合金パッド

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】電子チップを可撓回路基板に直接取り付け
    るための半田付け方法であって、 第１の半田を上記チップに接触させるステップと、 上記第１の半田が混和しうる第２の半田を上記可撓基板
    上の接触パッドに設けるステップと、 上記可撓回路基板上の対応するパッドに上記チップを配
    置するステップと、 上記第１および第２の半田の界面を加熱して両者間に共
    晶接合を生じさせるステップと、 よりなる半田付け方法。
  2. 【請求項２】上記第１の半田が３％乃至10％の錫と残り
    鉛で構成された半田である請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】上記第２の半田が63％の錫と37％の鉛で構
    成された半田である請求項１または２記載の方法。
  4. 【請求項４】上記加熱ステップが、上記第１および第２
    の半田の上記界面を加熱するためにサーモードを使用す
    る請求項１または２記載の方法。
  5. 【請求項５】上記加熱ステップと同時に、上記第１およ
    び第２の半田の上記界面の全ての点に均一な圧力を及ぼ
    すステップを含む請求項１乃至４のいずれかに記載の方
    法。
  6. 【請求項６】上記加熱ステップにおいて、上記第２の半
    田をリフローさせるに充分に高い温度で上記界面を大気
    で囲む、請求項１乃至５のいずれかに記載の方法。
  7. 【請求項７】電子チップを可撓回路基板に直接取り付け
    るための半田付け方法であって、 ３乃至10％の錫と残り鉛で構成された半田で上記チップ
    の接点を被覆するステップと、 63％の錫と37％の鉛で構成された半田で上記基板上の接
    点パッドを覆うステップと、 上記チップ接点が上記基板上の対応する接点パッドと整
    列するように上記チップを上記基板上に配置するステッ
    プと、 上記接点パッドを覆う半田を、該半田をリフローさせる
    ための温度まで加熱し、同時に、均一な圧力を及ぼし
    て、上記チップと上記基板との間に共晶接合を生じさせ
    るステップと、 よりなる半田付け方法。
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